DE3840636A1 - Schweisszange - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißzange für die elektrische Widerstandspunktschweißung zur Verwendung in Verbindung mit einem Industrieroboter gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Schweißzangen dieser Art sind bereits im Gebrauch und allgemein bekannt. Dabei ist auch bekannt, die gesamte Bewegungsstrecke der Schweißelektrode, das heißt, den Kolbenhub des Schweißzangen-Zylindertriebes sowohl in der Schließrichtung, als auch beim Rückhub in mehrere Abschnitte zu unterteilen und zwar in einen Vorhub und wenigstens einen Arbeitshub.

Der Vorhub ermöglicht ein ausreichend weites Öffnen der Schweißzange, damit sie voluminöse Teile der Werkstücke, z.B. Türrahmen an Pkw-Karosserien, übergreifen kann, um dahinterliegende flache Teile des Werkstückes ver­ schweißen zu können.

Zu den Arbeitshüben wird der Schweißelektrodenschaft jeweils nur ein kurzes Stück zurückgezogen, um die Schweißzange von einem Schweißpunkt zum andern entlang einer Schweißpunktlinie bewegen zu können.

Um Verformungen und Verschiebungen der miteinander zu verschweißenden Blechwerkstücke zu vermeiden, ist beim Programmieren des die Schweißzange führenden Roboters anzustreben, daß die Festelektrode beim Auftreffen der beweglichen Schweißelektrode möglichst nahe am Werk­ stück steht. Nach jedem Schweißvorgang soll aber auch die Festelektrode sich schnell und weit genug vom Werkstück lösen, damit ein "Verkleben" am Werkstück vermieden wird.

Es ist bereits bekannt, zu diesem Zweck den Schweißzangen- Zylindertrieb achsparallel verschieblich unter Zwischen­ schaltung elastischer Elemente an dem mit Hubbegrenzern versehenen Schweißzangenhalter anzuordnen. Hierzu sieht die DE-PS 35 22 015 ausgehend von der DE-AS 13 03 168 vor, daß sich parallel zur Längsachse des Zylinder­ triebes am Schweißzangenhalter verschiebliche Anschlag­ stößel befinden, deren elastische Elemente einen An­ schlagfortsatz des Zylinders beim Schließen bzw. Öffnen der Elektroden in eine Neutralstellung drücken, in welcher zwei einen Neutralstellungsspalt begrenzende Federanschläge der Anschlagstößel am Anschlagfortsatz anliegen, und die Druckkraft jedes elastischen Elements entsprechend dem Gewicht der am Halter ver­ schieblichen Zange derart bemessen ist, daß die Schweißzange lageunabhängig arbeiten kann.

Indessen können aber die elastischen Elemente, die nach der vorgenannten Druckschrift als Druckfedern ausge­ bildet sein sollen, die Schweißzange nur so halten, daß die Festelektrode nur annähernd die gewünschte Lage hat. Eine optimale Einstellung der Festelektrode ist damit nicht möglich.

Die bekannten Schweißzangen sind darüber hinaus auch in anderen Bereichen noch unvollkommen:

Der Festelektrodenarm ist unter Verjüngung seines Basisendes in einer Aufnahme am Deckel des Zylinder­ triebes elektrisch isoliert befestigt. Die aus mehr oder weniger elastischem Material bestehende Isolierung hat - in Verbindung mit der Verjüngung des Elektroden­ schaftes - zur Folge, daß sich die Festelektrode unter dem Druck der beweglichen Schweißelektrode aus deren in der Achslinie des Zylindertriebes liegenden Bewegungs­ linie bewegt. Dabei kommt es wiederum zu Verschiebun­ gen und Verformungen des Werkstückes. Verbesserungsbedürftig sind auch die Zylindertriebe an sich und deren Halterungen.

Der Erfindung liegt hiernach die Aufgabe zugrunde, eine Schweißzange für die elektrische Widerstandspunkt­ schweißung zu schaffen, bei der die vorbeschriebenen Mängel der bekannten Schweißzangen beseitigt sind. Da­ bei wird besonders Wert darauf gelegt, daß die Punkt­ schweißungen möglichst präzise, das heißt, ohne Ver­ schiebungen und Verformungen der Werkstücke beim Schweißen erfolgen können. Darüber hinaus soll das Programmieren des die Schweißzange führenden Roboters erleichtert werden. Ferner hat die Erfindung zum Ziel, die Schweißzange im Hinblick auf ihre Herstellung und den Austausch von Verschleißteilen zu vereinfachen.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Schweißzange mit den Merkmalen gemäß dem Ober­ begriff des Hauptanspruchs.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine solche Schweißzange mit den Merkmalen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Haupt­ anspruchs ausgestattet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen nach den Unteransprüchen.

Die Ausbildung der Lagerungen der Schweißzange am Schweißzangenhalter als Ausgleichselemente mit jeweils einem in das Roboterprogramm einbeziehbaren pneuma­ tischen Ausgleichs-Zylindertrieb ermöglicht in jeder Arbeitslage der Schweißzange ein exaktes Anfahren der Festelektrode an das Werkstück und erleichtert im übrigen das Einrichten des Roboterprogrammes.

Bei Überkopfarbeiten (mit nach oben gerichteten Elektro­ den) übernehmen die zwischen den Ausgleichs-Zylinder­ trieben und den elektrodenseitigen Halterungen der Führungsstangen angeordneten Ausgleichsfedern die Abstützung der Schweißzange auf dem Schweißzangenhalter.

Die elektrisch leitende Befestigung der Festelektrode in einer Aufnahme am Zylinderdeckel, wobei dieser gegen­ über den übrigen Bauteilen der Schweißzange elektrisch isoliert ist, gewährleistet auch bei verhältnismäßig geringem Gewicht des Festelektrodenarmes einen wesent­ lich stabileren Sitz desselben, so daß die Fest­ elektrode nicht mehr unter dem Druck der beweglichen Schweißelektrode aus deren Bewegungslinie gebogen und ein Verschieben und/oder Verformen der Werkstücke bei den Schweißvorgängen vermieden wird.

Die kreisrunde Gestaltung der Kolbenstange des Zylinder­ triebes vereinfacht die Herstellung.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand einer sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 Eine Seitenansicht der Schweißzange mit Halb- Axialschnitt durch den Schweißzangen-Zylinder­ trieb und Axialschnitt durch einen Ausgleichs- Zylindertrieb mit Schweißzangenträger und angebautem Transformator,

Fig. 2 einen Querschnitt nach der Linie A-A in Fig. 1 mit Stirnansicht der Schweißzange mit Schweiß­ zangenträger, jedoch ohne Transformator.

Die Schweißzange hat einen pneumatischen Zylindertrieb 1, dessen Kolbenstange 2 an ihrem aus dem Arbeits­ zylinder 3 herausragenden Ende in einer Schaftaufnahme 4 koaxial einen Elektrodenschaft 5 mit der Schweiß­ elektrode 6 trägt. Am elektrodenseitigen Zylinderdeckel 7 ist unterhalb der Zylinderachse 8 in einer Aufnahme 9 ein Elektrodenarm 10 elektrisch leitend fest angeordnet. Dabei ist der Zylinderdeckel 7 gegenüber den übrigen Bauteilen der Schweißzange elektrisch isoliert. Das freie Ende des Elektrodenarmes 10 ist zur Zylinderachse 8 hin umgebogen und trägt die Festelektrode 11.

Die Schweißzange ist mit zwei achsparallel am Zylinder­ trieb 1 angeordneten Führungsstangen 12 an einem mit einem Roboterarm verbindbaren Schweißzangenhalter 13 unter Zwischenordnung von Ausgleichselementen in axialer Richtung beweglich gelagert.

Diese Lagerungen sind unter Einbeziehung der Führungs­ stangen 12 als Ausgleichselemente mit je einem in das Roboter-Programm einbeziehbaren pneumatischen Aus­ gleichs-Zylindertrieb 14 ausgebildet, wobei die Stirn­ wände 14 a, 14 b der Ausgleichs-Zylindertriebe 14 jeweils am Schweißzangenhalter 13 angeordnet sind und zwischen sich den Ausgleichs-Zylinder 14 c halten. Die Führungs­ stangen 12 bilden jeweils auf ihrem mittleren Abschnitt eine in den beiden Stirnwänden 14 a, 14 b geführte Ausgleichs-Kolbenstange 12 a, auf der ein den Zylinder 14 c in zwei Kammern 15, 16 teilender Ausgleichs-Kolben 17 befestigt ist.

Die Ausgleichs-Zylindertriebe 14 sind wesentlich kürzer als die Führungsstangen 12, die einerseits am Zylinder­ deckel 7 und andererseits am Zylinderboden 7 a des Schweißzangen-Zylindertriebes 1 befestigt sind. An den elektrodenseitigen freien Abschnitten der Führungs­ stangen 12 sind jeweils eine zwischen der Stirnwand 14 a des Ausgleichs-Zylindertriebes 14 und einem das Ende der Führungsstange 12 haltenden Überstand 18 des Zylinderdeckels 7 vorgespannte Ausgleichs-Druckfeder 19 angeordnet.

Jede Kammer 15, 16 der Ausgleichs-Zylindertriebe 14 ist mit einem Anschluß zum Druckgas-Leitungssystem der Schweißzange versehen. Dabei sind jeweils die elektro­ denseitigen Kammern 15 wahlweise gemeinsam mit der Arbeitshubkammer des Schweißzangen-Zylindertriebes 1 oder separat mit Druckgas beaufschlagbar, während die rückseitigen Kammern 16 der Ausgleichs-Zylindertriebe 14 gemeinsam mit der Rückhubkammer des Schweißzangen- Zylindertriebes 1 beaufschlagbar sind. In dem mit der Schweißzange fest verbundenen zu den elektrodenseitigen Kammern 15 der Ausgleichs-Zylindertriebe 14 führenden Druckgas-Leitungsabschnitt ist ein die Druckgasleitung bei "Überkopfstellung" (bei nach oben gerichteten Elektroden) sperrendes Ventil angeordnet.

Ferner sind an den Führungsstangen 12 zu beiden Seiten jedes Ausgleichs-Zylindertriebes 14 je ein Ausgleichhub- Begrenzungselement 20, 21 angeordnet. Diese bestehen jeweils aus einem koaxial auf der Führungsstange 12 angeordneten topfartigen, zum Ausgleichs-Zylindertrieb 14 hin offenen Zylinder.

Der Schweißzangen-Zylindertrieb 1 ist als Zwei-Kolben- Trieb ausgebildet. Dabei hat die Kolbenstange 2 einen kreisrunden Querschnitt. Sie ist in ihrem rückwärtigen Teil als stirnseitig offener Leitzylinder 23 ausge­ bildet. In diesem ist eine Leitstange 24 angeordnet, die mit ihrem rückwärtigen Ende im Zylinderboden 7 a des Arbeitszylinders 3 zentral befestigt ist. Sie hat an ihrem vorderen Ende einen kolbenartigen Endabschnitt 25, der an der Innenwand des Leitzylinders 23 anliegt. Zwischen dem rückwärtigen Teil der Leitstange 24 und der Innenwand des Leitzylinders 23 ist ein Ringkanal 26 vorhanden.

Der Leitzylinder 23 hat an seiner Innenfläche eine achsparallel verlaufende Leitnut, wobei am kolben­ artigen Endabschnitt 25 der Leitstange eine seitliche Leitnase 27 angeordnet ist, deren Querschnitt in die Leitnut des Leitzylinders 23 gleitend paßt.

Am rückwärtigen Ende der Kolbenstange 2 ist ein den Leitzylinder 23 kurz vor seinem Ende ringförmig umgebender Arbeitshubkolben 28 befestigt. Zwischen diesem und dem Zylinderboden 7 a ist ein Vorhubkolben 29 vorgesehen, der auf der Leitstange 24 zwischen deren kolbenartigem Endabschnitt 25 und einem zylinderboden­ seitigen Anschlag gleitend beweglich ist. Dabei ist zwischen dem Arbeitshubkolben 28 und dem Vorhubkolben 29 eine Arbeitshubkammer 30 und zwischen dem Vorhub­ kolben 29 und dem Zylinderboden 7 a eine Vorhubkammer 31 vorhanden.

Die Länge der Leitstange 24 zwischen ihrem kolbenför­ migen Endabschnitt 25 und der Innenseite des Vorhub­ kolbens 29 stößt am Ende der Vorhubstrecke an den kolbenartigen Endabschnitt 25 der Leitstange 24. Dabei befindet sich die zwischen den beiden Kolben 28, 29 liegende Arbeitshubkammer 30 im Bereich der Mündung 33 a des axialen Druckgaskanals 33. Der Vorhubkolben 29 wird bei einer Reihe von Punktschweißungen in dieser Position gehalten. Bei den einzelnen Punktschweißungen bewegt sich der Arbeitskolben 28 - und damit die Kolbenstange 2 mit der Schweißelektrode 6 - nur auf der Arbeitshubstrecke zwischen dem Vorhubkolben und einem deckelseitigen Anschlag. Synchron mit den Arbeitshüben werden die Ausgleichs-Zylindertriebe 14 beaufschlagt, so daß sich nicht nur die Schweißelektrode, sondern auch die Festelektrode bewegt. Sie bietet dem Werkstück beim Auftreffen der Schweißelektrode einen festen Widerhalt und löst sich ruckartig mit dem Rückhub der Schweiß­ elektrode, so daß Verklebungen der Festelektrode mit dem Werkstück vermieden werden.

Claims (10)

1. Schweißzange für die elektrische Widerstands­ punktschweißung bestehend aus einem pneumatischen Zylindertrieb und durch diesen linear gegeneinander beweglichen Elektroden insbesondere zur Verwendung in Verbindung mit einem Industrieroboter, wobei

• a) am elektrodenseitigen Zylinderdeckel außerhalb der Zylinderachse ein Elektrodenarm gegenüber dem Zylinder elektrisch isoliert fest angeordnet ist, dessen freies Ende zur Achslinie des Zylinder­ triebes umgebogen ist und die Festelektrode trägt;
• b) die linear auf der Achslinie des Zylindertriebes gegen die Festelektrode bewegliche Schweiß­ elektrode am Ende eines Elektrodenschaftes angeordnet ist, der koaxial mit der verdrehsicher im Zylinder beweglichen Kolbenstange des Zylinder­ triebes kraftschlüssig verbunden ist und wobei
• c) die Schweißzange mittels mehrerer achsparallel am Zylindertrieb angeordneter Führungsstangen an einem mit einem Roboterarm verbindbaren Schweiß­ zangenhalter unter Zwischenordnung von Ausgleichs­ elementen in axiale Richtung beweglich gelagert ist,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

• d) die Lagerungen der Schweißzange am Schweißzangen­ halter (13) sind unter Einbeziehung der an der Schweißzange befestigten Führungsstangen (12) als Ausgleichselemente mit je einem in das Roboter­ programm einbeziehbaren pneumatischen Ausgleichs- Zylindertrieb (14) ausgebildet, wobei die Stirn­ wände (14 a, 14 b) des Zylinders am Schweißzangen­ halter (13) befestigt sind und zwischen sich den Zylinder (14 c) halten und die Führungsstangen (12) jeweils auf ihrem mittleren Abschnitt eine in den beiden Stirnwänden (14 a, 14 b) geführte Ausgleichs-Kolbenstange (12 a) bilden, auf der ein den Zylinder (14 c) in zwei Kammern (15, 16) teilender Ausgleichs-Kolben (17) befestigt ist;
• e) die Ausgleichs-Zylindertriebe (14) sind wesent­ lich kürzer als die der Länge des Schweißzangen- Zylindertriebes (1) entsprechenden Führungs­ stangen (12), wobei jeweils an dem elektroden­ seitigen freien Abschnitt der Führungsstangen (12) eine zwischen der elektrodenseitigen Stirn­ wand (14 a) des Ausgleichs-Zylindertriebes (14) und der Endhalterung der Führungsstange (12) vorgespannte Ausgleichs-Druckfeder (19) angeordnet ist;
• f) jede Kammer (15, 16) der Ausgleichs-Zylindertriebe (14) ist mit einem Anschluß zum Druckgas-Leitungs­ system der Schweißzange versehen, wobei jeweils die elektrodenseitigen Kammern (15) wahlweise gemeinsam mit der Arbeitshubkammer des Schweiß­ zangen-Zylindertriebes (1) oder separat mit Druckgas beaufschlagbar sind, während die rückseitigen Kammern (16) der Ausgleichs-Zylinder­ triebe (14) gemeinsam mit der Rückhubkammer des Schweißzangen-Zylindertriebes (1) beaufschlagbar ist;
• g) in dem zu den elektrodenseitigen Kammern (15) der Ausgleichs-Zylindertriebe (14) führenden Druck­ gas-Leitungsabschnitt ist ein die Druckgas- Zuleitung bei Überkopfstellung der Schweißzange (bei nach oben gerichteten Elektroden) sperrendes Ventil angeordnet.

2. Schweißzange nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichs-Druckfedern (19) jeweils die Führungsstange (12) umgebende Wendeldruckfedern sind.

3. Schweißzange nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den freien Abschnitten der Führungsstangen (12) zu beiden Seiten jedes Ausgleichs-Zylinder­ triebes (14) je ein Ausgleichshub-Begrenzungs­ element (20, 21) angeordnet ist.

4. Schweißzange nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichshub-Begrenzungselemente (20, 21) jeweils aus einem koaxial auf der Führungsstange (12) angeordneten, zum Ausgleichs-Zylindertrieb (14) hin offenen und die Ausgleichs-Druckfeder (19) bzw. eine Fixierfeder (22) jeweils auf einem Teil ihrer Länge umgebenden Zylinder bestehen.

5. Schweißzange nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Festelektrodenarm (10) elektrisch leitend in einer Aufnahme (9) am Zylinderdeckel (7) des Arbeitszylinders (3) befestigt ist, wobei der Zylinderdeckel (7) gegenüber den übrigen Bauteilen der Schweißzange elektrisch isoliert ist.

6. Schweißzange nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den beweglichen Elektrodenschaft bewegende Zylindertrieb (1) als Zwei-Kolben-Trieb mit folgenden Merkmalen ausgebildet ist:

• a) Die Kolbenstange (2) hat einen durchgehend kreis­ runden Querschnitt und ist in ihrem rückwärtigen Ende als stirnseitig offener Leitzylinder (23) ausgebildet, in dem eine Leitstange (24) angeordnet ist, die mit ihrem rückwärtigen Ende im Zylinderboden (7 a) des Arbeitszylinders (3) zentral verdrehsicher befestigt ist;
• b) die Leitstange (24) hat an ihrem vorderen Ende einen kolbenartigen, an der Innenwand des Leit­ zylinders (23) anliegenden Endabschnitt (25), wobei zwischen dem rückwärtigen Teil der Leit­ stange (24) und der Innenwand des Leitzylinders (23) ein Ringkanal (26) vorhanden ist;
• c) der Leitzylinder (23) hat in seiner Innenfläche eine achsparallel verlaufende Leitnut, wobei am kolbenartigen Endabschnitt (25) der Leitstange eine seitliche Leitnase (27) angeordnet ist, deren Querschnitt in die Leitnut des Leit­ zylinders (23) gleitend paßt;
• d) am rückwärtigen Ende der Kolbenstange (2) ist ein den Leitzylinder (23) ringförmig umgebender Arbeitshubkolben (28) befestigt, wobei zwischen diesem und dem Zylinderboden (7 a) ein Vorhub­ kolben (29) vorgesehen ist, der auf der Leit­ stange (24) zwischen deren kolbenartigem End­ abschnitt (25) und einem zylinderbodenseitigen Anschlag gleitend beweglich ist und wobei zwischen dem Arbeitshubkolben (28) und dem Vorhubkolben (29) eine Arbeitshubkammer (30) und zwischen dem Vorhubkolben (29) und dem Zylinder­ boden (7 a) eine Vorhubkammer (31) vorhanden sind;
• e) im Zentrum des Zylinderbodens (7 a) ist ein Druckgas-Leitungsanschluß (32) vorgesehen, der sich als axialer Druckgaskanal (23) in der Leitstange (24) fortsetzt und in deren kolben­ artigem Endabschnitt (25) radial aus diesem herausführt, wobei im außermittigen Bereich des Zylinderbodens (7 a) ein weiterer Druckgas- Leitungsanschluß (34) vorgesehen ist, der in die Vorhubkammer (31) des Arbeitszylinders (3) führt.

7. Schweißzange nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Hubvolumen des Arbeitszylinders (3) durch Verringerung des Zylinderquerschnittes mittels in den Arbeitszylinder einsteckbarer Zylinderbuchsen bei Austausch der Kolben und/oder durch Verkürzung der Hublänge mittels zwischen den Vorhubkolben (29) und den Zylinderboden (7 a) einsteckbarer Anschlag­ zylinder veränderbar ist.

8. Schweißzange nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) die zur Aufnahme der hinteren Enden der Führungs­ stangen (12) in Überständen (18 a) des Zylinder­ bodens (7 a) vorgesehenen Bohrungen größer sind, als der Durchmesser der Führungsstangenenden,
• b) auf die aus den Bohrungen in den Überständen (18 a) des Zylinderbodens (7 a) herausragenden Gewinde­ enden der Führungsstangen (12) eine die beiden Führungsstangen miteinander verbindende Lasche gesteckt ist, die mit Bohrungen entsprechend dem Durchmesser und dem Abstand der Führungsstangen­ enden versehen ist und mittels Schraubmuttern gegen die Überstände (18 a) des Zylinderbodens (7 a) klemmbar ist und
• c) die Richtung der Zylinderachse (8) des Zylinder­ triebes (1) in Bezug auf die Lage des Schweiß­ zangenhalters (13) durch die Elastizität der Isolierung an den vorderen Enden der Führungs­ stangen (12) veränderbar und mittels der Schraubmuttern (12 a) sowie durch Paßstifte fixierbar ist, die durch die Lasche in den Zylinderboden (7 a) geschlagen sind.

9. Schweißzange nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Schweißzangenhalter (13) ein Leitungsver­ teiler angeordnet ist, der je eine Kammer für Druck­ gas und für Kühlwasser hat, wobei jede Kammer einen Leitungsanschluß für eine ankommende Druckgas­ leitung bzw. für eine ankommende Kühlwasserleitung und eine Mehrzahl von Leitungsanschlüssen für die Weiterleitung des Druckgases bzw. des Kühlwassers zu den Brauchstellen innerhalb der Schweißzange hat.